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1、一、水冷壁的工作特点与作用强化传热，减少金属耗量保护炉墙防止结渣悬吊炉墙蒸发受热面,直流锅炉的水冷壁,第一节 作用和结构形式,直流锅炉结构特点 1）蒸发受热面布置自由 2）没有汽包，主要是外置式过渡区和汽水分离器 3）有启动旁路系统对蒸发受热面的基本要求 1 原则 1)管子不被烧坏 2)能解决膨胀问题 3)蒸发受热面能够制造出来 4)制造,安装方便,2.安全工作影响因素和解决办法 1)提高.2)加节流圈.3)工质入口欠焓 4)减小管屏焓增.三.早期直流锅炉蒸发受热面的形式 1 本生型:蒸发受热面型式为多次垂直上升管屏 2 苏尔寿型:蒸发受热面型式为多行程迂回管屏 3 拉姆辛型:蒸发受热面型式为
2、水平围绕管屏,四 现代直流锅炉蒸发受热面的主要型式,一次垂直上升管屏(UP锅炉)该型式锅炉的压力既适用于亚临界,又适用于超临界.炉膛下部多次上升,上部一次上升管屏(FW型)该型式适合于300600MW容量机组,且不适宜滑压运行（中间有联箱）.螺旋式水冷壁管屏 该型式特别适用于滑压运行,炉膛水冷壁：下部螺旋盘绕上升 从水冷壁进口到折焰角下一定距离（标高52608.9 mm）处。上部垂直上升 均为膜式结构 两者间由过渡水冷壁转换连接。,第二节 超临界参数的基本特性,(一)超临界压力水蒸气的比容、比热和焓,(二)亚临界、超临界压力下的水动力特性,(三)超临界压力下的传热特性,(四)超临界压力下的汽水
3、工况,1比容,(一)超临界压力水蒸气的比容、比热和焓,2比热,3.焓,4超临界压力水蒸气的其它特性,(二)亚临界、超临界压力下的水动力特性,1亚临界和超临界压力下的流动稳定性,2直流锅炉蒸发受热面的流体脉动,3直流锅炉蒸发受热面的热偏差,蒸发受热面安全工作问题安全工作条件(1)管壁温度 小于 材料允许温度.(2)相邻管壁温度差 50影响安全工作的因素保证蒸发受热面安全工作原则(1)减小管壁温度(2)减小相邻管壁温度差,1 水动力特性不稳定性,（一）水平管圈水动力特性 水动力特性是指在一定热负荷情况下，管屏压差与流量的关系。1)特性方程式 其中 工质在受热管中的质量流速 双相流摩擦阻力校正系数
4、受热面平均热负荷 进口处工质欠焓,水动力特性曲线,在此图中，1，3 线为单值特性曲线 2 线为多值特性曲线。但在实际中会出现那种图形，取决于特性方程式中，A,B,C这三个参数的取值。如果出现曲线2所示图形，就表在一个压差下，对应有23个流量，即水动力成多值性。,2)水动力特性单值条件 对特性方程式求导得 进口处工质欠焓3)水动力多值性产生的原因 从特性曲线可以看出，曲线2有一下降段ab,即当 增加时，增加，减小，减小，减小，减小的影响比 增加的影响大。,（1）工质进口欠焓。当=0 时，不会出现多值性。因为当没有热 水段时，蒸发段长度不会发生变化，蒸发量不会变化。随 增加而单调上升。愈大，水动力
5、多值性愈明显。水动力多值性不会发生在只有蒸发段的管屏上。,4)影响因素,（2）压力。发生水动力多值性的最根本的原因是汽水密度不同当 增加时，（）下降，因此水动力特性趋向稳定。,（3）热负荷Q。Q增加，使 长度减小，如果没有热水段，一定不出现多值性，故热水段长度减小，水动力特性趋向稳定。（4）热水段阻力。增加热水段阻力，可以使水动力特性稳定。蒸发段阻力变小对 影响小，趋于稳定。,（5）质量流速。质量流速越低，工质流量分配越不均匀，越容易发生水动力多值性。（6）重位压头。影响水平管水动力特性的因素同样也影响着垂直管屏，垂直管屏水动力稳定性要求更高。（7）工质大比热特性。当工质处于大比热区范围内，且
6、吸热量同时增大时，比容发生剧烈变化，引起工质的膨涨急剧增大，容易发生水动力不稳定现象。,5)解决水动力稳定性的方法,（1）减小。（2）增加热水段阻力采用节流圈。（3）提高启动压力。（4）减小热偏差。（5）提高质量流速。（6）控制下辐射区水冷壁出口温度。,流圈阻力特性；3加节流圈后的水动力特性,2 蒸发受热面的脉动现象1).定义：在管屏两端压差相同，当给水量和流出量基本不变的情况下，管屏里管子流量随时间作周期性波动的现象，叫脉动现象。管间脉动2).脉动种类 管屏脉动 整体脉动,3)产生脉动的原因 1）压力峰的形成 2）压力的下降 3）压力峰重新形成4)脉动的消除 增大 提高进口压力 增大热水段阻
7、力采用节流圈 降低蒸发点的热负荷和热偏差 防止脉动性燃烧 给水泵特性,类膜态沸腾：由于管子内壁面附近的流体粘度、比热、导温系数、密度等物性参数发生显著变化引起的。（流体边界层的层流化；紊流边界层流化）传热恶化发生在管子入口处和大比热区对于直流锅炉，不可能避免传热恶化，只有采取推迟和抑制。主要方法：1）使用好材料 2）采用内螺纹管，螺旋式导流器（扰流子）,3.超临界压力下水冷壁管内传热,防止传热恶化、降低管壁温度的措施，主要有：,(1)采用内螺纹管,(2)提高工质质量流速,一般在可能发生传热恶化的区段采用内螺纹管，由于内螺纹管增加管内工质的扰动，使传热恶化大大推迟发生,在汽泡状、柱状、雾状流动时
8、，提高质量流速pw可以 提高临界热负荷，防止膜态沸腾的发生,4.超临界压力下的汽水工况,1)盐类的溶解和沉积,2)盐类的沉积区域,3)直流锅炉的给水标准,1)盐类的溶解和沉积,现代大容量高参数直流锅炉一般均不考虑排污，所以给水所带入盐分或是沉积在受热面上，或是被蒸汽带入汽机，其盐分平衡式为:Sgs=Sq+Scd 式中 Sgs给水含盐量，mgkg Sq蒸汽中含盐量，mgkg Scd沉积在受热面上的盐量，mgkg,2)盐类的沉积区域,(1)在单相的加热水区，由于水的密度大，所以溶解度也较大，所以一般说加热区段不沉积盐分,(2)蒸发区段。由于水溶解盐类的能力大于饱和蒸汽的溶盐能力。随着蒸发过程的进行
9、，锅水的盐分含量不断增加，当水中的含盐量超过其溶解度，超出的那一部分就会以固相析出在受热面上。当蒸发结束时，盐分在水中已达到高度浓缩，成为盐分的积聚,(3)过热区段的沉积范围取决于给水中的含盐量和各种盐类在过热蒸汽中的溶解度。超临界压力时，蒸汽的产生过程是没有蒸发过程的、是单相水直接变成蒸汽。,3)直流锅炉的给水标准,锅炉受热面内沉积和由蒸汽带人汽机而沉积在汽机喷嘴、叶片上的盐分，除了与受热面内工质的参数和物理状态有关外，还与给水中所含盐量的多少和盐的组成有很大关系。因此在给定参数下，只有控制直流锅炉给水品质，才能保证锅炉与汽机的要求。,直流锅炉的给水品质指标主要包括：总含盐量(电导率)，硬度
10、、SiO2、Cu、Fe、O2、pH等,二、超临界压力螺旋管水冷壁的结构及特点,(一)超临界压力锅炉水冷壁的整体结构,(二)螺旋管圈水冷壁主要组件的结构,(三)螺旋管圈的悬吊装置,(四)刚性梁结构,螺旋管圈水冷壁按冷灰斗的管圈型式以及螺旋管圈上部向垂直管屏的过渡方式分为两大类型：一是垂直管圈冷灰斗加分叉管过渡的型式 二是螺旋冷灰斗加中间混合集箱过渡的型式,(一)超临界压力锅炉水冷壁的整体结构,后一种组合型式，因为螺旋冷灰斗的吸热偏差小，采用这种组合型式后，在水冷壁进口不装置节流圈的情况下也能保证很小的工质出口温差，中间混合集箱过渡又能在低负荷时获得均匀汽水两相分配。而且结构上，下部螺旋管圈和上部
11、垂直管屏的转换根数之比没有限制。,1-水冷壁进口环形集箱,2-螺旋冷灰斗,3-螺旋管圈,4-中间混合集箱,5-垂直管屏,6-折焰角,7-折焰角进口集箱,8-折焰角外部连接管,9-后水冷壁悬吊管进口集箱,10-后水冷壁悬吊管,11-水冷壁出口集箱,12-水冷壁出口连接管道,13-启动分离器,14-分离器出口连接管道,(二)螺旋管圈水冷壁主要组件的结构,1冷灰斗结构,2燃烧器区水冷套结构,3下部螺旋管圈向上部垂直管屏的过渡区,4炉膛上部垂直管屏,1冷灰斗结构,2燃烧器区水冷套结构,3下部螺旋管圈向上部垂直管屏的过渡区,4炉膛上部垂直管屏,(三)螺旋管圈的悬吊装置,1螺旋管圈与垂直管屏承重特性的区别
12、,2本水冷壁螺旋管圈的悬吊结构,1螺旋管圈与垂直管屏承重特性的区别,由于螺旋管圈的承重能力不及垂直管屏，因此需要在炉室外壁附设悬吊系统来分担炉膛的重量，这也是螺旋管圈水冷壁的一大缺点。,Pg1为一根管子所受的炉膛重量负载，p为管内工质压力，由管内压力p产生的沿管子切向的应力为轴向应力的2倍，要达到管子的切向和轴向等强度，管子轴向还有一半的承重裕度。,Pg为炉膛的重量负载，P为管内压力，P可以分解为垂直于管子轴线的力Pg=Pgcos和沿着管子轴向的力 Pg=Pgsin Pg作用在管子整个长度的纵剖面上。因此在螺旋管的纵向剖面上的强度大大地弱于螺旋管的横向剖面，这样就必须要有附加于炉壁的悬吊装置来
13、分担炉膛重量。,2本水冷壁螺旋管圈的悬吊结构,(四)刚性梁结构,刚性梁的作用是增加锅炉膜式壁的刚性，保护膜式壁管子。锅炉的膜式壁运行时本身受内压作用，同时又受到炉内烟气压力的作用，还要考虑到壁面承受风载和发生地震时的锅炉悬吊受热面的质量力的作用，另外还要考虑各类事故工况，如炉膛熄火，但引风机还在抽吸时所谓负爆现象。,11900t/l超临界压力锅炉刚性梁特点,WlPB和WIPBL分别为用IPB和IPBL工字钢加工成的复板上有六角孔的工字钢，这样做的目的是减轻刚性梁的重量，这是本刚性梁的特点,该锅炉的刚性梁可分为下列几部分：标高17745mm以下为冷灰斗刚性梁，标高17745至46901mm之间为螺旋管圈刚性梁，标高54500至69200mm之间为水平烟道刚性梁。还有折焰角和后烟井刚性梁等,21900th超临界压力锅炉刚性梁的典型结构,(1)刚性梁和水冷壁的连接结构,(2)平衡杆系统,(1)刚性梁和水冷壁的连接结构,(2)平衡杆系统,由刚性梁自重产生的偏心弯矩使膜式壁的连接处受到了一个较大的附加弯矩，为了平衡这一局部弯矩，每两层刚性梁之间(除尾部截面较小的刚性梁外)设置了若干平衡杆。,平衡杆的另外一个作用是作为刚性梁的横向支撑，减小了刚性梁的无支承长度，从而增强了它的整体稳定性。,
